Laboratorio de ElectromagnetismoMartin Eduardo Manrique Arriola

Reporte de laboratorio 2

19 de febrero de 2015

1. Introduccion.

Una carga tiene asociado un campo electri-co, el cual se extiende alrededor de ella y esel portador de la fuerza resultante al agregaruna segunda cargar. En esta practica se tra-tara de observar como es la geometrıa de estecampo, se expande solo a los lados, ¿haciauno?, ¿Hacia arriba?

2. Objetivos.

1.-Investigar como son las lıneas de fuerzapara las siguientes configuraciones de carga:a).-Una carga puntual. b).-Dos cargas pun-tuales de igual signo. c).-Dos cargas puntua-les de signo contrario. d).-Un anillo cargado.e).-Una barra cargada. 2.-Investigar donde sedeposita la carga electrica en exceso que secoloca en un conductor cerrado y aislado, encondiciones electrostaticas, e investigar ba-jo las mismas condiciones, como es el campoelectrico en el interior y exterior del hueco deun conductor cerrado.

3. Material.

1. Generador de carga. 2. Cuba elec-trostatica. 3. Crema de trigo. 4. Alambre paraconexion (puede ser de telefono). 5. Un ani-llo metalico. 6. Dos barras metalicas. 7. Una

barra metalica pequena. 8. Alambre de cobrepara hacer diferentes figuras. 9. Aceite polish.10. Jaula de Faraday pequena y grande. 11.Electroscopio. 12. Un vaso de precipitados de250 mililitros. 13. Cinta adhesiva. 14. Esferitapequena forrada de papel aluminio.

4. Procedimiento.

Nota: Todas las observaciones medicionesque realice sobre los fenomenos estudiados,anotelas en las hojas que se anexan en laseccion llamada Bitacora. Primer objetivo.Forma de las lıneas de campo. 1. Cargapuntual.a). Vierta aceite en la cuba electrostatica,hasta que este alcance i milımetro de alturaaproximadamente.b). Para representar este tipo de carga,emplee una barra conductora con mangoaislante. Esta barra conectela a la esfera delgenerador de carga mediante un alambre, talcomo se indica en la figura 1. Procure noencender aun el generador.c). A continuacion coloque de forma verticalla barra conductora en la cuba electrostati-ca, de tal modo que el extremo metalicoquede sumergido en el interior del aceite ysujetandolo por la parte aislante, tal como semuestra en la siguiente figura 1.d). Enseguida, esparza crema de trigo en

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la cuba con aceite, alrededor de la barra,procurando que quede distribuida lo masuniformente posible.e). Accione el generador durante aproxima-damente 15 segundos, teniendo cuidado deno hacer contacto electrico con el mismo,para evitar una descarga electrica.f). Observe la configuracion que adopta lacrema de trigo.

2. Dos cargas puntuales de igual signo.a). Para representar dos cargas puntuales,seleccione dos barras metalicas con mangoaislante similares a las usadas en el casoanterior.b). Conecte las dos barras, mediante alam-bres, al mismo polo del generador, ya seapositivo o negativo. No encienda aun elgenerador.c). Simultaneamente, vacıe el aceite y lacrema de trigo contenida en la cuba y quefue usada en el caso anterior, en el vaso deprecipitados. No tire el aceite al desague.d). Con papel secante limpie la cuba elec-trostatica.e). Al igual que en la primera configuracionde carga estudiada, vacıe aceite en la cubahasta que este alcance una altura de 1milımetro aproximadamente. f). A conti-nuacion coloque de forma vertical las dosbarras conductoras en la cuba electrostatica,de tal modo que uno de sus extremos quedesumergido en el interior del aceite, de mane-ra semejante a como se indica en la figuraprevia.g). Enseguida, esparza crema de trigo enla cuba con aceite, alrededor de las barras,procurando que quede distribuida lo masuniformente posible.h). Accione el generador durante aproxima-damente 15 segundos, teniendo el cuidadode no hacer contacto electrico con el mismo,para evitar una descarga electrica.i). Observe la configuracion que adopta lacrema de trigo.

. 3. Dos cargas puntuales de signo contrario.a). Para dos cargas puntuales de signoopuesto, seleccione dos barras metalicas conmango aislante similares a las usadas en elcaso anterior.b). Conecte las dos barras, mediante alam-bres, cada una a un polo distinto delgenerador, sin importar cual de ellas es lacargada positivamente y cual es la cargadanegativamente.c). Repita el procedimiento indicado en elpunto 2, desde el inciso c al i.4. Anillo cargado.a). Seleccione un anillo metalico que tenga de3 a 4 centımetros de diametro, procurandoque no presente irregularidades.b). Conecte el anillo a la esfera del generadorde carga mediante un alambre. Procure noencender aun el generador.c). Repita el procedimiento indicado en elpunto 2, desde el inciso c al i a excepciondel paso f, en vez del cual debe seguirse elsiguiente procedimiento: Coloque el anillode forma horizontal en el centro de la cubaelectrostatica, sumergido en el aceite.5. Una barra cargada.a). Seleccione una barra que quepa de formahorizontal en la cuba electrostatica confacilidad. Procure que la barra no presenteirregularidades.b). Conecte la barra a la esfera del generadorde carga mediante un alambre. Procure noencender aun el generador.c). Repita el procedimiento indicado en elpunto 2, desde el inciso c al i a excepciondel paso f, en vez del cual debe seguirse elsiguiente procedimiento: Coloque la barrade forma horizontal en el centro de la cubaelectrostatica, sumergida en el aceite.

Segundo objetivo: Un conductor cargado,cerrado y aislado en condiciones electrostati-cas. 1. Seleccione la jaula de Faraday pequenay cubra sus bases con papel aluminio. Esesera el conductor cerrado.

2. Coloquela sobre una base aislante.3. De una de las tapas suspenda, medianteun hilo, la esferita forrada de papel aluminiomuy proxima a la superficie interna de lajaula. En la superficie externa del conductor,suspenda mediante un hilo una esferita delmismo tipo. Estas dos esferas seran nuestrosdetectores para indagar sobre el campoelectrico en el interior y fuera de la jaula.4. A continuacion conecte la jaula al ge-nerador de carga mediante un alambre yenciendalo. Observe lo que sucede con lasesferitas ¿Se nota alguna fuerza sobre laesfera del interior y la del exterior? ¿Existecampo electrico dentro y fuera de la jaulacargada?5. Para verificar donde reside la carga enexceso que se proporciona a la jaula, coloqueel electroscopio dentro de la jaula, de talforma que la esferita de este dispositivotoque la superficie interna de la jaula, talcomo se indica en la figura 2. Cargue lajaula tal como se indica en el paso anteriory observe que sucede con las laminas delelectroscopio.6. Enseguida, saque el electroscopio de lajaula y coloquelo muy cerca de la superficieexterna de la misma. Encienda el generadorde carga y observe si las laminas se abren¿Se nota alguna diferencia en el comporta-miento del electroscopio dentro y fuera delconductor?

7. Repita los pasos 5 y 6 pero ahorausando la jaula grande. En este caso unmiembro del equipo debe introducirse a lajaula con el electroscopio en la mano parahacer todas las pruebas posibles y obteneralguna conclusion en relacion a donde residela carga electrica en un conductor y como esel campo electrico en el interior del mismo.La persona que se introduzca al conductorcerrado puede tocar con su mano la super-ficie interna de este para verificar si existeno no efectos electricos dentro del mismo.

De igual modo, otra persona puede tocarla superficie externa de la jaula para com-probar si en dicha region existen tales efectos.

5. Observaciones y con-

clusiones.

Cuando introducıamos una carga puntualen el fluido con sal, podıamos observar comolas lineas de campo se extendıan de formaradial, (y por unos instantes, al inicio, ladireccion en la que se creo). Cuando co-locabamos el cilindro (que en realidad solo seveıa afectado por la superficie en contacto)vemos como las lineas de campo solo seexpandıan por fuera de el cilindro, unoesperarıa que por dentro tambien. Cuandocolocabamos el cilindro y una carga puntual(fija) en el interior se observaban lineas decampo en el interior, pero creo que porque lacarga estaba fija.

Sobre la celda con 2 bolas de metal col-gando, una por dentro y una por la fuera,podıamos ver como la del exterior se veıaafectada y la del interior seguıa como si nada.Eso se espera si se conoce el comportamiento,ya que en el interior de la celda no hay campo,al cargar la bola esta no se venia afectada.

En las imagenes 3, ..., podremos apreciarcomo son las lineas de campo en cada situa-cion segun la forma del material que utilizara-mos (carga puntual, cilindro).

6. Respuestas

Segundo objetivo.

1) La esfera dentro no reacciono, lo que nosdice que no existe campo en el interior de lajaula.2)Al acercar el electroscopio a la celda se

podıa percibir un efecto mınimo. No exis-te carga en el interior ya que no ”hay na-da”dentro que la transporte.2,2) Ya que el material con el que estan he-chos los neumaticos contienen alambres con-ductores en forma de jaula, este, es condicio-nes muy estrictas, podrıa comportarse comojaula de Faraday. Sera mas seguro quedarseen el auto, ya que ası la corriente no tendrıapor donde escapar. Figura 1:

Figura 2:

Figura 3: Campo debido a una carga ”pun-tual”fija.

Figura 4: Campo debido de a una linea decarga.

Figura 5: Campo debido de un circulo de car-ga.

Figura 6: Campo debido a dos cargas puntua-les fijas.

Figura 7: Campo debido a una linea de cargay una carga puntual.

Figura 8: Reaccion de las esferas debido a lajaula de Faraday.